11)Стандартная серия ТТЛ. Схема, назначение элементов.
Назначение элементов.
VD1...VD3 Защитные диоды
(антизвонные). При стандартных
входных уровнях сигнала эти диоды не
оказывают воздействия на работу
схемы, т. к. они закрыты.
Устанавливаются на входы всех без
исключения микросхем. На схемах, как
правило, не изображаются. Они защищают затворы КМДП элементов от
статического электричества.
VT1 — МЭТ, выполняет логическую
функцию.
Рисунок 32: K155/133 74
V12 — ключ-звезда. Представляет собой комбинацию ключа ОЭ и ОК. Имеет 2 выхода. В
нем совмещены функции инвертирования сигнала. Формирует двухтактный сигнал.
VD обеспечивает запирание транзистора VT3.
VT3 – каскад p с ОК.
VT4 — каскад ОЭ (ключ).
R4 — токоограничивающее сопротивление. Ограничивает сквозной ток на время
переключения выходного каскада, когда VT3 и VT4 работают в активном режиме.
1. Хотя бы на один вход подан низкий уровень. Эмиттерный переход VT1 смещен в
прямом направлении. Через него вытекает ток, который ограничен сопротивлением
R1. Напряжение на базе Uб1 =Uб0+Uбэ,1~=0,2+0,7 = 0,9 В. Такого напряжения не
достаточно для открывания двух переходов: коллекторного VT1 и эмиттерного VT2.
Ip-n=Ik0(e^(Up-n/фиt)-1); Iк0=10-10А, фиt=26*10-3.Из-за нелинейной ВАХ pn-перехода.
12)Стандартная серия ТТЛ. Принцип действия, режимы работы.
На вход подан низкий уровень
Выходное напряжение:
U1=Uп-(Iк0+Iб3)R2-Uбэ3-Uvd
~=5-0.7-0.7=3.6В — напряжение на выходе ТТЛ элемента, это
недостаток, т. к. Получается что 1,4 В падает на внутренних
элементах схемы.
Входной ток
:
Iвх0=Ur1/R1=(Uп-Uвх0-Uбэ1)/R1=(5-0.2-0.7)/40000~=1мА
Знак минус имеет не алгебраический смысл (т. к. Ток втекает в
узел). С учетом разброса параметров и изменений температуры,
паспортах на стандартную серию указывают Iвх при низком
уровне -1.6 мА (с запасом). Если низкий уровень подан на
несколько входов, то Iвх0 распределяется между ними.
На все входы подан высокий уровень
Смещение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном прямое. Транзистор
работает
в инверсном режиме. Потенциал на базе
высокий. Из коллектора VT1 вытекает ток,
достаточный для открывания VT2 и VT4. На
выходе элемента низкий уровень, который
равен Uкэн4~=0.1...0.25 В.
Рассчитаем входной ток. Iб1=Ur1/R1=(Uп-
Uбк1-Uбэ2-Uбэ4)/R1=(5-0.7-0.7-0.7)/40000
Транзистор работает в инверсном режиме,
поэтому ток эмиттера связан током базы
через инверсный коэффициент передачи.
Iэ1=Iвх1=βi*Iб1=0.05*0.65*0.001=33 мкА
В инверсном режиме коллектор и эмиттер
меняются местами. Из-за особенностей
эпитаксиально планарного транзистора,
инверсный коэффициент передачи по току
Рисунок 34: Эквивалентная схема МЭТ. На всех входах такой низкий.
Коллектор является плохим
инжектором из-за малого легирования, а
высокий уровень.
эмиттер не эффективно собирает электроны из-за малой площади. Поэтому βi = 0.05. Вход
ТТЛ элемента существенно не линейный.
Из-за изменения параметров входов элемента при переключениях его согласование с
длинными линиями затруднительно. Аналогично к выходу ТТЛ элемента.
13)Передаточная характеристика ТТЛ-элемента. Корректирующая цепочка.
Необходима чтобы обеспечить правильные режимы в электрической схеме. Передаточная
характеристика — зависимость напряжения выхода от входа.
1. Участок 1. Эмиттерный переход VT1 открыт, т. к. На входе низкий уровень. VT2 и
VT4 закрыты. Поэтому на выходе высокий уровень.
2. Участок 2. Uвх > 0.7 В. (низкий уровень по паспорту от 0 до 0.4). Ток коллектора
МЭТ увеличивается, VT2 начинает открываться, однако VT4 еще закрыт. При
увеличении Uвх увеличивается Iк2, Iэ2, поскольку VT2 перешел в активный режим.
Выходное напряжение уменьшается. Uвых=Uп-(Iк02+Iб3)R2-Uбэ3-Uvd. Iк02 → Iк2.
Режим усиления. Наличие участка 2 приводит к
ухудшению помехоустойчивости элементов,
поскольку он работает как инвертирующий
усилитель с к~=2. Т. е. Помехи любого вида со
входа проникают на выход. Теряет формирующие
свойства.
3. Участок 3. Uвх между 1.4 и 1.6. Транзисторы VT234
работают в активном режиме. Входное
сопротивление уменьшается. Поэтому его входное
сопротивление шунтирует сопротивление R3.
Эквивалентное сопротивление в эмиттерной цепи Рисунок 35: Передаточная
VT3 представляет собой сопротивление
характеристика ТТЛ элемента
последовательной отрицательной обратной связи по
току усилительном каскаде VT2. Глубина отрицательной обратной связи
уменьшается, усиление каскада на VT2 увеличивается, ток коллектора Iк2 резко
увеличивается. Uвых резко уменьшается. Поэтому участок 3 имеет большую
крутизну. «хороший участок». Идеальная характеристика должна иметь еще большую
крутизну, тогда ТТЛ элемент обладал бы идеальными
формирующими свойствами.
4. Участок 4. Uвх>1.6 В. Транзисторы VT2 и VT4 насыщаются, VT3
и VD закрываются. При дальнейшем увеличении Uвх, Uвых не
изменяется.
Т. о. Недостатком стандартного ТТЛ элемента является участок 2, из-за
плохой помехоустойчивости. В настоящее время, выпускаются ТТЛ
элементы с корректирующей цепочкой. Параметры корректирующей
цепочки рассчитаны таким образом, чтобы увеличить порог открывания
VT2.
16)Модификации элементов ТТЛ
Целью модификаций являются изменения соотношений потребляемой мощности и времени
переключения. Этот параметр называется энергией переключения. Была создана
микромощная серия (для маломощных систем) и мощная серия (для максимального
увеличения быстродействия для стационарных систем).
Отличаются параметрами сопротивлений. Схема маломощного ТТЛ элемента.
Способы подачи статических логических уровней на входы
ТТЛ
Используется для уменьшения числа входов (если нужно 5 входов, а есть 8).
Способы подачи статической единицы.
1. Оставить не подключенным. На не подключенном входе высокий
уровень. Помехоустойчивость элемента оказывается низкой. Поскольку
помехи, проникающие по цепям питания и другим входам, могут
привести к ложным переключениям.
2. Подключить к вспомогательному источнику питания напряжение U=+(2.4...3.6)В.
Однако, он требует разведения по всей печатной плате или по всему кристаллу
специальной цепи этого источника.
3. Подать статический уровень через специальный резистор. До 10 входов стандартной
серии можно подключить к специальному резистору. Если входные токи элемента
другой серии меньше или больше, то сопротивление резистора можно
увеличить или уменьшить. Подключать неиспользуемый вывод к цепи
+5 недопустимо. Потому что, при включении источника питания, на их
выходе допускается бросок напряжения до 7,5 вольт, и переход база-
эмиттер МЭТ может быть пробит, также могут образовываться колебательные
движения.
Способы подачи статического нуля.
Проблем не возникает. Ноль подключается напрямую ко входам микросхемы.
